硬脆非导电材料精密切割技术与装备的研究

论文摘要

随着现代工业的迅速发展,各种机械产品对材料的性能要求越来越高,出现了许多形形色色的新材料,有些是硬脆非导电材料或是半导电材料,它们具有高硬度、高脆性、高耐磨性、高电阻率、耐高温、不导磁等优良性能,用传统的机械加工或电加工方法是无法加工的。用金刚石锯片切割加工是近年来获得快速发展的一种硬脆材料加工方法,但是目前的锯片加工主要存在加工效率低、工件的表面质量较低、工件的完整性差等问题,并且锯片加工无法实现曲面加工,因此在实际应用中有一定的局限性。本文针对硬脆材料的特性和金刚石锯片切割加工的缺点,受特种加工机床结构和建筑行业所用木工锯的启发,提出了一种新的加工方法——线切割加工。线切割加工方法采用金属丝作为切割工具,在金属丝线上涂敷一层超硬磨料,并让金属丝线与工件相对运动,用金属丝线上涂敷的超硬磨料对硬脆材料进行切割加工。本文在线切割加工方法的基础上设计研制了一种线切割设备。该设备的工作原理类似于电火花线切割机床。本文首先分析了机床的总体结构、工作原理、机床的技术参数、主运动系统和进给系统的结构等内容,其次研究了机床的机械结构组成及其功能,对机床的四个组成部分进行了详细的阐述,包括各个部分的机械结构、工作原理、零部件的设计选用等。通过试验可以证明,线切割加工能够对硬脆材料进行精密、窄锯缝切割,且可实现成型加工。在实际应用中,线切割加工显现出一系列优点：加工损伤面小,切片薄,片厚一致性好,省材料等。这种线切割设备结构简单,可实现高速运转,可做成型加工,对促进硬脆加工装备发展有重要的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 硬脆材料及难加工的原因
• 1.2.1 硬脆材料
• 1.2.2 硬脆材料难加工的原因
• 1.3 硬脆材料传统的加工方法
• 1.3.1 选用新型材料的刀具
• 1.3.2 合理选择刀具几何参数
• 1.3.3 合理选择难加工材料的切削条件
• 1.3.4 特种加工方法
• 1.4 硬脆材料的新型加工方法及发展现状
• 1.4.1 圆片锯加工
• 1.4.2 带状工具切割
• 1.5 本课题研究的意义及主要内容
• 1.5.1 本课题研究的意义
• 1.5.2 本课题研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 线切割加工技术的研究
• 2.1 引言
• 2.2 线切割技术的加工原理
• 2.3 线切割技术中刀具的选用
• 2.4 金属丝线的制备工艺
• 2.4.1 磨料的选择
• 2.4.2 加工方法的选择
• 2.4.3 本设计采用的加工方案
• 2.5 加工过程中材料的去除机理
• 2.6 本章小结
• 第三章 线切割机床的总体设计
• 3.1 引言
• 3.2 机床的总体布局
• 3.2.1 机床总体布局的基本要求
• 3.2.2 影响机床总体布局的几个因素
• 3.2.3 机床总体布局的类型
• 3.2.4 机床总体布局的设计方案
• 3.3 机床坐标系的确定
• 3.3.1 机床坐标轴的确定
• 3.3.2 机床原点的确定
• 3.4 机床的主要技术参数
• 3.5 机床主运动和进给运动的结构设计
• 3.5.1 机床主运动系统的结构设计
• 3.5.2 机床进给运动系统的结构设计
• 3.6 机床的总体结构及工作原理
• 3.6.1 机床的总体结构
• 3.6.2 机床的工作原理
• 3.7 本章小结
• 第四章 线切割机床机械结构的设计
• 4.1 引言
• 4.2 走丝机构
• 4.2.1 走丝机构的结构
• 4.2.2 走丝机构的工作原理
• 4.2.3 电动机的选择
• 4.2.4 联轴器的选择
• 4.2.5 储丝筒的设计
• 4.2.6 减速箱
• 4.2.7 滚珠丝杠副
• 4.2.8 导轨
• 4.3 机架部分
• 4.3.1 机架的结构
• 4.3.2 导线轮的选择
• 4.4 机床工作台
• 4.4.1 机床工作台的结构
• 4.4.2 Y坐标工作台
• 4.4.3 X标工作台
• 4.4.4 坐标工作台的台面设计
• 4.5 工件的装夹
• 4.5.1 夹具的功能
• 4.5.2 夹具的分类
• 4.5.3 硬脆材料装夹方式的选择
• 4.5.4 硬脆材料装夹工具的结构
• 4.6 本章小结
• 第五章 线切割机床加工试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验设备
• 5.3 试验前的准备工作
• 5.3.1 机床刀具的调试
• 5.3.2 工件的装夹
• 5.4 工件的加工试验
• 5.5 试验后的结果分析
• 5.5.1 工件的卸取
• 5.5.2 试验结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 后续工作和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文